Отдел химико-биологических исследований был создан в Русском музее в 1979 году. В начале 1980-х годов реставраторы обращались в лабораторию, как правило, с вопросами о способах удаления загрязнений с поверхности музейных предметов, поэтому свою деятельность в музее химики начали с подбора реагентов и моющих композиций, учитывающих свойства различных материалов, входящих в состав реставрируемого памятника. Когда возникла необходимость в микологических и ботанических исследованиях музейных предметов, на работу были приглашены специалисты в области биологии.
Со временем стала очевидна необходимость той информации о строении памятника, которую может дать обращение к естественным наукам. Появились запросы на предреставрационные исследования с целью комплексного изучения техники живописи старых мастеров, технологии изготовления предметов декоративно-прикладного и народного искусства, исследования состава различных материалов, источников и механизмов воздействия биоразрушителей, поиск методов консервации разрушающихся памятников.
В начале 2000-х годов отделу удалось совершить качественный скачок в исследованиях памятников благодаря появлению современной компьютерной техники, новых микроскопов и использованию новых технологий исследований. Это позволило сотрудникам отдела на более высоком уровне готовить материалы химико-биологических исследований. В настоящее время они являются составной частью всех проектов по реставрации музейных предметов.
Спектр исследуемых материалов весьма широк - это ткани, кость, искусственный камень, дерево, металл, бумага и другие материалы. Для проведения качественных микрохимических анализов образца используется стереоскопическая микроскопия и набор химических реактивов. Помимо этого, на тонких срезах образцов живописи применяется биологическая методика исследования в проходящем поляризованном свете, которая дает возможность изучать стратиграфию и толщину красочных и лаковых слоев, их прозрачность и даже получить информацию об их составе (пигментах, связующих и лаках). Выполняется уникальная работа по определению вида древесины, состава и техники создания основ из растительных волокон. Кроме того, проводится комплексная диагностика биоповреждений музейных и архивных предметов, музейных помещений и оборудования, памятников архитектуры. Оказывается практическая и консультативная помощь по вопросам борьбы с биоповреждениями.